无机化学学科发展报告——固体材料化学.DOCVIP

2006-2007无机化学学科发展报告（1）——固体材料化学 新材料的发现、设计和生长代表了一个国家科技创新的核心竞争力。合成具有独特光、电、磁性质的纳米材料、超导材料以及采用温和的方法合成传统的高温高压相物质是当代无机化学和材料科学领域的研究热点。钱逸泰等采用溶剂热方法在200°C合成出了六方SiC[1-1]；在600°C合成出了α-Si3N4纳米线[1-2]；用热处理前驱物法合成了ZnSe纳米线束[1-3]。谢毅等用光热化学法合成了微米管状等不同形态的硒材料，发现其形貌对其化学储氢性能有影响[1-4]。由水热法合成的新相VOOH材料，具有优良的电化学性质，可作为锂离子电池材料[1-5]。《Nature》杂志以《晶体生长：明星品质》为题，介绍了俞书宏等在《材料化学》上发表的用化学溶液法合成具有14个腔洞的14面体硫化铜美丽微晶的工作[1-6]。以液相法合成了Ag/PVA纳米电缆[1-7]。 徐如人等在大量合成工作与创新合成路线的基础上开拓开放骨架（open-framework）磷酸铝的新结构类型，丰富与总结相关结构化学规律，建立合成与结构数据库，开辟开放骨架磷酸铝的结构设计与定向合成的新路线。研究工作独具特色，处于国际领先地位。相关研究成果被邀请在国际有重要学术影响的杂志Acc. Chem. Res.[1-8] 和Chem. Soc. Rev.[1-9]上撰写特邀综述。 李亚栋等在《Nature》上发表的“纳米晶体合成的一般战略”论文[1-10]展示了他们在单分散纳米晶形成机制研究中取得的系列进展，提出了一种“液体－固体－溶液”相转移、相分离的机制[1-11]，利用金属离子与表面活性剂分子间普遍存在的离子交换与相转移原理，通过对不同界面处化学反应的控制，突破了现有合成方法通常只能适用于某些单一或有限种类纳米材料的局限，成功实现了贵金属、半导体、磁性、介电、荧光纳米晶与有机光电半导体、导电高分子及羟基磷灰石等生物医学材料等的尺寸均一、单分散功能纳米晶的合成制备（图1）[1-12(15]。 图1 纳米晶体合成的策略 江雷等从具有特殊表面性能的生物体出发，选择几种典型的生物体表面为对象，揭示了生物表面特殊浸润性的机理，仿生制备了超疏水的纳米功能界面材料，并成功实现了可控超疏水/超亲水可逆“开关”(图2)。他们通过水热反应法制备出具有光诱导超疏水/超亲水可逆转变的“光开关”材料[1-16]，如类荷叶微/纳米复合结构氧化钛薄膜、氧化锡阵列纳米棒[1-17]；发现薄膜中多级表面的微结构、晶面的取向和表面光敏性质的协同作用起了重要作用。另外，姚建年等在WO3薄膜材料的光致变色和亲、疏水开关的多功能材料方面也取得了重要进展[1-18]。 图2. 氧化钛微米/纳米复合结构所产生的光诱导超亲水/超疏水可逆变化 左图为微/纳米复合结构的电镜照片 在功能配合物的设计与组装方面，南京大学配位化学国家重点实验室设计合成了具有吸附CO2功能的配位聚合物[1-19]，利用碘离子辅助非对称模板构筑新颖的螺旋结构[1-20]。徐正等采用一步液相化学路线，在较低的温度和常压下可控合成了高质量的金属Ni纳米晶，通过调控生长环境和生长动力学过程，成功地实现了对Ni纳米晶相结构的控制，得到了纯的立方相和纯的六方相Ni纳米晶[1-21]；开发出一种简单有效制备磁性金属Ni纳米管的方法[1-22]；用由溶胶-凝胶法制备的富勒烯纳米管结合电沉积技术，有效地制得了金属/富勒烯纳米管复合电缆式结构[1-23]。 异质外延结构因结构上的均一性，在基于异质结的器件制备上具有重要的优势。近年来，一些具有晶体结构完全相同（结构上完全匹配）的三维纳米异质结构的制备虽有报道，对于不同晶体结构材料的三维异质外延的研究尚为空白。郑兰荪等通过对晶体结构的详细分析，认为不同晶体结构材料间的三维外延具有可行性。他们以ZnO纳米结构为生长模板，以SnH4为锡源，通过化学气相沉积方法成功地得到了具有三维外延核-壳结构的ZnO/SnO2复合结构，并发现外延复合之后ZnO/SnO2四角叉表现出不同于ZnO和SnO2的光致发光[1-24]。上述研究极大地拓宽了纳米三维外延异质结构体系的设计空间，为新型外延异质结构材料的设计提供一定了理论基础。 硅表面共价偶联的单分子膜在分子电子学、生物芯片和传感器等众多领域中受到了极大的关注。红外光谱是表征硅表面单分子膜的一种重要分析手段，针对目前最常用的几种测量方法在实际操作或检测的信噪比方面的不足，肖守军等建立了一种新的检测方法：掠角后置镜反射，其操作方便，对硅片形状无特殊要求，并且具有较好的信噪比。计算表明使用p偏振光，入射角在78.1°附近时可以得到最佳检测效果[1-25]。 具有多孔结构、分子磁性等功能的金属(配位聚合物的晶体工程以及俗称“黑箱”的水热原位金属/配体